DE1645444A1 - Ionogene Polymerisation von Lactamen - Google Patents
Ionogene Polymerisation von LactamenInfo
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Description
Kennzeichen 1686 V -..,.,,.-. ,.
STAMICARBON N.V., HEERLEN (die Niederlande)
lonogene Polymerisation von Lactamen
Die Erfindung betrifft die ionogene Polymerisation von Lactamen.
Bekanntlich kann die ionogene Polymerisation von Lactamen, welche gewöhnlich mit einer Alkalimetallverbindung als Katalysator durchgeführt
wirdρ durch Zusatz eines Promotors beträchtlich beschleunigt werden. Dabei
kttnnen als Promotor Stickstoffverbindungen, wie Isocyanate, Carbodiimide,
Cyanamide und im allgemeinen Verbindungen mit einem an Carbonyl-, Thiocarbonyl-,
Sulfonyl- oder Nitrosogruppen gebundenen, tertiären Stickstoffatom
Anwendung finden. Durch den Zusatz dieser Promotoren lässt sich die Polymerisation
in kurzer Zeit durchführen bei Temperaturen, die unter dem Schmelzpunkt des Polymeren liegen, so dass aus Lactamen, deren Molekül mindestens
6 Kohlenstoffatome im Ring enthält, ein festes Produkt erhalten werden kann,
das die Form des Reaktionsraums, in dem die Polymerisation durchgeführt wurde,
angenommen hat.
Es wurde nunmehr gefunden, dass gute Ergebnisse erzielt werden in einem Polymerisationsvorgang, in dem ein Lactam oder ein Gemisch aus Lactamen
in Anwesenheit eines Promotors einer ionogenen katalytischen Polymerisation
unterzogen wird, wenn als Promotor eine Verbindung mit einer Struktur angewandt
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wirdj in der die Atomgruppierung :
C -C = O
O = C-C
R3
R4
R4
vorkommt.
(Hierin bezeichnen R , R , R und R dieselben oder unterschiedliche Kohlen-
X α ο 4
wasserstoffgruppen).
Im allgemeinen können Kohlenwasserstoffverbindungen von Cyclobutan.1.3,
dion mit der genannten Struktur, welche ferner noch Halogen- und/oder Stickstoffatome
enthalten können, als Promotor angewandt werden. Beispiele dieser Verbindungen sind: 2.4.bis(Dimethy.l)-eyelobutan.l.3.dion und 2.4.bis(Diäthyl)-cyclobutan.1.3.dion.
Vorzugsweise werden cyclische Kohlenwasserstoffverbindungen mit der
genannten Struktur, die sogenannten Spiro-Verbindungen, benutzt. Mit Hilfe
dieser Verbindungen wird die Polymerisation beträchtlich beschleunigt und das Polyamid innerhalb sehr kurzer Zeit, meistens nach wenigen Minuten,
erhalten. Beispiele solcher Verbindungen sind: Dispiro (5.1.5.1) tetradecan. ψ 7.14.dion und Dispiro(4.1.4.1)dodecan.6.12.dion.
Bei der ionogenen katalytischen Polymerisation von Lactamen wird der
Promotor in Kombination mit einem Katalysator angewandt. Bekannte Katalysatoren für diese Polymerisation sind z.B.: Lactammetallverbindungen, welche
ein an das Stickstoffatom gebundenes Metallatom enthalten, wie Natriumcaprolactam,
und Stoffe, aus denen durch Reaktion mit einem Lactam solche Lactammetallverbindungen
entstehen, z.B. Triisopropylaluminium, Diäthylzink und
Alkalimetallalkyle, ferner Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und alkalisch reagierende
Verbindungen dieser Metalle, wie Hydride, Oxyde, Hydroxyde und
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~3~ 1645U4
Carbonate, sowie Grignard-Verbindungen, wie Alkylmagnesiimbromid und Arylmagnesiumbromid.
Die anzuwendende Katalysatormenge kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Gewöhnlich werden 0,1-3 Mol.%, bezogen auf die zu polymerisierende
Menge des Monomeren, angewandt, es kann aber auch mit grösseren Mengen von z.B. 5-10 Mol.%, gearbeitet werden.
Auch die anzuwendende Promotormenge kan variiert werden. Finden grosse Mengen, z.B. mehr als 10 Mol.%, Anwendung, so wird ein niedrigerer
Polymerisationsgrad erreicht als beim Gebrauch geringer Mengen. Gewöhnlich werden 0,05 - 2 Mol.% Promotor, bezogen auf das Lactam, benutzt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich
das Lactam auf einfache Weise mit dem Katalysator und dem Promotor mischen. Vorzugsweise wird das Lactam geschmolzen, der Katalysator in der Schmelze
verteilt und das Gemisch auf die Eolymerisationstemperatur erhitzt, worauf
der Promotor zugesetzt wird.
Die Temperatur, bei der die Polymerisation durchgeführt wird, kann
innerhalb des für die ionogene Polymerisation von Lactamen üblichen Temperaturbereiches
von 90 - 250 C liegen. Vorzugsweise wird eine Anfangstemperatur von 90 - 150 C angewandt, während wegen der exothermen Polymerisationsreaktion die Temperatur während der Reaktion ansteigen kann, meistens aber
unterhalb 200 - 215 C bleibt. Bei diesen Temperaturen ist die Polymerisation gewöhnlich in weniger als einer Stunde, oft in weniger als einer halben
Stunde beendet.
Bei Anwendung einer Temperatur, welche zwischen dem Schmelzpunkt des Monomeren Lactam und dem des zu gewinnenden Polymeren liegt, werden bei
der Polymerisation feste, makromolekulare Endprodukte erhalten und zwar als
Formgegenstände, deren Abmessungen denen des Reaktionsraums, in dem die
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Polymerisation durchgeführt wurde, entsprechen.
Bei der Polymerisation kann von einem omega-Lactam, wie Butyrolactam,
Caprolactam, Onantholactam, Caprylolactam, Decyllactam, ündecyllactam oder
Laurinolactam, ausgegangen werden, es können aber auch Gemische von zwei,
drei oder mehr Lactamen polymerisiert werden. Beim Polymerisieren von Gemischen werden Copolyamide erhalten, z.B. Onantholactam-Caprolactam-Laurinolactam-Copolyamid,
Laurinolactam-Onantholactam-Copolyamid, Undecyllactam-Caprolactam-Copolyamid,
Caprolactam-Caprylolactam-Laurinolactam-Copolyamid, Laurinolactam-Caprolactam-Copolyamid, Butyrolactam-Caprolactam-Copolyamid. Die
Struktur und die Eigenschaften der Copolyamide können durch die Zusammensetzung des Gemisches von Monomeren, von denen ausgegangen wird, beeinflusst
werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann ferner dienen zur Herstellung
besonderer Produkte. Dazu können ein oder mehr Stoffe, welche das Aussere
und/oder die Eigenschaften des Polymerisationsproduktes beeinflussen,
auf einfache Weise mit dem Ausgangsstoff gemischt werden. So können z.B. Farbstoffe
urid/oder allerhand Füllstoffe, wie Holzmehl, Carborund, Russ, Schieferpulver,
Feinkohle und Koksgrus in der Lactamsehmelze verteilt werden. Natürliche und/oder synthetische Fasern, Garne und/oder daraus hergestellte
Gewebe können gleichfalls in der Lactamsehmelze verarbeitet werden. Ferner
können der Lactamsehmelze makromolekulare Produkte, z.B. Polystyrol, Polyformaldehyd,
Polypropylen, Polyäthylen und Polyamid, sowie Polykondensationsprodukte von Aldehyden mit Phenol, Melamin und/oder Harnstoff zugesetzt werden,
wodurch makromolekulare Produkte mit besonderen Eigenschaften erhalten werden können.
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16454U
Die Polymerisation erfolgt in einem Glaszylinder (Durchmesser 2,5 cm),
in dem ein Stab angefertigt wird. Der Zylinder ist in einem Ölbad angebracht,
dessen Temperatur auf 150 C gehalten wird.
Ein geschmolzenes Gemisch aus 30 g e-Caprolactam und 0,6 g Kaliumcaprolactam
wird in den Zylinder gebracht, während mit Hilfe eines Einführungsröhrchens
ein Stickstoffstrom durch die Flüssigkeit geleitet wird.
Anschliessend wird als Promotor 0,3 Mo.1.% Dispiro (5.1.5.1)
tetradecan.7.14.dion zugesetzt; nach 30 Sekunden wird der Stickstoffstrom eingestellt
und das Einführungsröhrchen entfernt. Nach 7 Minuten wird der ge- m
bildete Stab aus dem Zylinder herausgenommen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Polymerisieren von Lactamen, bei dem ein Lactam oder ein
Gemisch aus Lactamen in Anwesenheit eines Promotors einer ionogenen kata-Iytischen
Polymerisation unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als
Promotor eine Verbindung mit einer Struktur angewandt wird, in der die Atomgruppierung
C-C = O
O=C-C vorkommt.
R4
(Hierin bezeichnen R , R , R und R dieselben oder unterschiedliche
(Hierin bezeichnen R , R , R und R dieselben oder unterschiedliche
J. <G d 4
Kohlenwasserstoffgruppen).
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spiro-Verbindung
als Promotor angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation
bei zwischen dem Schmelzpunkt des Lactams oder des Gemisches
aus Lactamen und dem des Polymerisationsproduktes liegenden Temperaturen durchgeführt wird.
aus Lactamen und dem des Polymerisationsproduktes liegenden Temperaturen durchgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder
mehr Stoffe, welche das Aussere und/oder die Eigenschaften des Polymerisationsproduktes
beeinflussen, mit dem Ausgangsstoff gemischt werden.
009843/1767
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